半导体结构的形成方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其是涉及一种半导体结构的形成方法。

背景技术：

1、在现有的半导体领域中，环绕式栅极(gate-all-around，gaa)器件成为行业内研究和发展的一个新方向。这项技术的特点是实现了栅极对沟道的四面包裹，源极和漏极不再和基底接触，而是利用线状、平板状或片状等多个源极和漏极横向垂直于栅极分布后，实现金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)的基本结构和功能。gaa器件在很大程度上解决了栅极间距尺寸减小后带来的各种问题，包括电容效应等。同时，由于沟道被栅极四面包裹，因此沟道电流也比鳍式场效应晶体管(finfet)的三面包裹更为顺畅。

2、然而，现有的半导体结构的性能仍然有待改善。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种半导体结构的形成方法，以改善半导体结构的性能。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括相邻的第一区和第二区，在垂直于基底表面的方向上，所述第一区上具有垂直间隔堆叠的若干第一沟道层，所述第二区上具有垂直间隔堆叠的若干第二沟道层；在所述第一沟道层表面和所述第二沟道层表面形成栅介电膜、以及位于所述栅介电膜表面的初始功函数层；在所述第一区上形成第一掩膜层，所述第一掩膜层暴露出所述第二区上的初始功函数层表面；在暴露的初始功函数层表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层与所述第一掩膜层的材料不同；在形成所述第二掩膜层之后，对所述第一掩膜层进行刻蚀，直至去除所述第一掩膜层，暴露出所述第一区上的初始功函数层表面，并且，对所述第一掩膜层进行刻蚀的工艺中，对所述第一掩膜层的刻蚀速率大于对所述第二掩膜层的刻蚀速率；在去除所述第一掩膜层之后，以所述第二掩膜层为掩膜，减薄或去除暴露的初始功函数层，形成功函数层。

3、可选的，对所述第一掩膜层进行刻蚀的工艺中，对所述第一掩膜层的材料以及所述第二掩膜层的材料的刻蚀选择比值在1.2以上。

4、可选的，对所述第一掩膜层进行刻蚀的工艺包括干法刻蚀工艺。

5、可选的，所述第一掩膜层的材料为含碳的抗反射材料，所述第二掩膜层的材料为含碳的抗反射材料，并且，所述第一掩膜层的材料中的碳的质量百分比低于所述第二掩膜层的材料中的碳的质量百分比。

6、可选的，所述第一掩膜层的材料还包含氧元素，所述第二掩膜层的材料还包含氧元素，并且，所述第一掩膜层的材料中的氧的质量百分比高于所述第二掩膜层的材料中的氧的质量百分比。

7、可选的，形成所述第一掩膜层的方法包括：在所述第一区上和所述第二区上形成初始第一掩膜层，所述初始第一掩膜层的表面高于所述初始功函数层的表面；在所述初始第一掩膜层表面形成光刻胶图形层，所述光刻胶图形层暴露出所述第二区上的初始第一掩膜层；以所述光刻胶图形层为掩膜，刻蚀所述初始第一掩膜层，直至暴露出所述第二区上的初始功函数层表面。

8、可选的，在暴露的初始功函数层表面形成第二掩膜层的方法包括：在所述第一掩膜层和暴露的初始功函数层表面形成初始第二掩膜层，所述初始第二掩膜层的表面高于所述第一掩膜层的表面；回刻蚀所述初始第二掩膜层，直至暴露出所述第一掩膜层的顶面。

9、可选的，以所述第二掩膜层为掩膜，去除暴露的初始功函数层的方法包括：以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述暴露的初始功函数层，直至暴露出所述栅介电膜的表面，以在所述第二区上形成功函数层。

10、可选的，所述初始功函数层为单层结构。

11、可选的，所述初始功函数层包括2层以上堆叠的初始子功函数层。

12、可选的，减薄暴露的初始功函数层的方法包括：以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一区上暴露的初始功函数层的至少1层初始子功函数层。

13、可选的，在形成所述功函数层之后，还包括：去除所述第二掩膜层。

14、可选的，所述基底和若干第一沟道层之间具有第一隔离鳍，且若干第一沟道层垂直间隔堆叠于所述第一隔离鳍上，所述基底和若干第二沟道层之间具有第二隔离鳍，且若干第二沟道层垂直间隔堆叠于所述第二隔离鳍上，并且，所述第一隔离鳍和所述第二隔离鳍之间具有隔离层，所述第一隔离鳍的顶面以及所述第二隔离鳍的顶面均高于所述隔离层的表面。

15、可选的，所述隔离层上具有介质层，若干第一沟道层、若干第二沟道层位于所述介质层内，堆叠的相邻第一沟道层之间具有第一沟道层开口，堆叠的相邻第二沟道层之间具有第二沟道层开口，所述介质层内具有栅开口，若干第一沟道层、若干第二沟道层分别贯穿所述栅开口，并且，所述第一沟道层开口、所述第二沟道层开口均连通所述栅开口。

16、可选的，所述栅开口两侧的若干第一沟道层内具有第一源漏结构，相邻第一沟道层之间具有位于所述第一沟道层开口和所述第一源漏结构之间的第一隔离侧墙，所述栅开口两侧的若干第二沟道层内具有第二源漏结构，相邻第二沟道层之间具有位于所述第二沟道层开口和所述第二源漏结构之间的第二隔离侧墙。

17、可选的，在所述第一沟道层表面和所述第二沟道层表面形成栅介电膜、以及位于所述栅介电膜表面的初始功函数层的方法包括：在所述栅开口的内壁面、所述第一沟道层开口的内壁面和所述第二沟道层开口的内壁面形成所述栅介电膜；在所述栅介电膜表面形成所述初始功函数层。

18、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

19、本发明的技术方案提供的半导体结构的形成方法中，在所述第一区上形成第一掩膜层，所述第一掩膜层暴露出所述第二区上的初始功函数层表面；在暴露的初始功函数层表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层与所述第一掩膜层的材料不同；在形成所述第二掩膜层之后，对所述第一掩膜层进行刻蚀，直至去除所述第一掩膜层，暴露出所述第一区上的初始功函数层表面；在去除所述第一掩膜层之后，以所述第二掩膜层为掩膜，减薄或去除暴露的初始功函数层，形成功函数层。因此，提高了半导体结构的性能。

技术特征：

1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，对所述第一掩膜层进行刻蚀的工艺中，对所述第一掩膜层的材料以及所述第二掩膜层的材料的刻蚀选择比值在1.2以上。

3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，对所述第一掩膜层进行刻蚀的工艺包括干法刻蚀工艺。

4.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一掩膜层的材料为含碳的抗反射材料，所述第二掩膜层的材料为含碳的抗反射材料，并且，所述第一掩膜层的材料中的碳的质量百分比低于所述第二掩膜层的材料中的碳的质量百分比。

5.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一掩膜层的材料还包含氧元素，所述第二掩膜层的材料还包含氧元素，并且，所述第一掩膜层的材料中的氧的质量百分比高于所述第二掩膜层的材料中的氧的质量百分比。

6.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一掩膜层的方法包括：在所述第一区上和所述第二区上形成初始第一掩膜层，所述初始第一掩膜层的表面高于所述初始功函数层的表面；在所述初始第一掩膜层表面形成光刻胶图形层，所述光刻胶图形层暴露出所述第二区上的初始第一掩膜层；以所述光刻胶图形层为掩膜，刻蚀所述初始第一掩膜层，直至暴露出所述第二区上的初始功函数层表面。

7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在暴露的初始功函数层表面形成第二掩膜层的方法包括：在所述第一掩膜层和暴露的初始功函数层表面形成初始第二掩膜层，所述初始第二掩膜层的表面高于所述第一掩膜层的表面；回刻蚀所述初始第二掩膜层，直至暴露出所述第一掩膜层的顶面。

8.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，以所述第二掩膜层为掩膜，去除暴露的初始功函数层的方法包括：以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述暴露的初始功函数层，直至暴露出所述栅介电膜的表面，以在所述第二区上形成功函数层。

9.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述初始功函数层为单层结构。

10.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述初始功函数层包括2层以上堆叠的初始子功函数层。

11.如权利要求10所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，减薄暴露的初始功函数层的方法包括：以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一区上暴露的初始功函数层的至少1层初始子功函数层。

12.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在形成所述功函数层之后，还包括：去除所述第二掩膜层。

13.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述基底和若干第一沟道层之间具有第一隔离鳍，且若干第一沟道层垂直间隔堆叠于所述第一隔离鳍上，所述基底和若干第二沟道层之间具有第二隔离鳍，且若干第二沟道层垂直间隔堆叠于所述第二隔离鳍上，并且，所述第一隔离鳍和所述第二隔离鳍之间具有隔离层，所述第一隔离鳍的顶面以及所述第二隔离鳍的顶面均高于所述隔离层的表面。

14.如权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述隔离层上具有介质层，若干第一沟道层、若干第二沟道层位于所述介质层内，堆叠的相邻第一沟道层之间具有第一沟道层开口，堆叠的相邻第二沟道层之间具有第二沟道层开口，所述介质层内具有栅开口，若干第一沟道层、若干第二沟道层分别贯穿所述栅开口，并且，所述第一沟道层开口、所述第二沟道层开口均连通所述栅开口。

15.如权利要求14所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述栅开口两侧的若干第一沟道层内具有第一源漏结构，相邻第一沟道层之间具有位于所述第一沟道层开口和所述第一源漏结构之间的第一隔离侧墙，所述栅开口两侧的若干第二沟道层内具有第二源漏结构，相邻第二沟道层之间具有位于所述第二沟道层开口和所述第二源漏结构之间的第二隔离侧墙。

16.如权利要求14所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述第一沟道层表面和所述第二沟道层表面形成栅介电膜、以及位于所述栅介电膜表面的初始功函数层的方法包括：在所述栅开口的内壁面、所述第一沟道层开口的内壁面和所述第二沟道层开口的内壁面形成所述栅介电膜；在所述栅介电膜表面形成所述初始功函数层。

技术总结
一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，包括相邻的第一区和第二区，第一区上具有垂直间隔堆叠的若干第一沟道层，第二区上具有垂直间隔堆叠的若干第二沟道层；在第一沟道层和第二沟道层表面形成栅介电膜和初始功函数层；在第一区上形成第一掩膜层，第一掩膜层暴露第二区上的初始功函数层表面；在暴露的初始功函数层表面形成第二掩膜层，第二掩膜层与第一掩膜层的材料不同；在形成第二掩膜层之后，对所述第一掩膜层进行刻蚀，直至去除所述第一掩膜层，暴露出第一区上的初始功函数层表面；在去除第一掩膜层后，以第二掩膜层为掩膜，减薄或去除暴露的初始功函数层形成功函数层。所述半导体结构的形成方法可提高半导体结构的性能。

技术研发人员：涂武涛,邱晶,王英明,殷立强
受保护的技术使用者：中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11